[发明专利]一种用于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统微电网的储能领域，尤其涉及微电网中储能系统的一种用于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统及其控制方法。

背景技术

风、光这类新能源发电设备发电具有间歇性和随机性等特点，为了满足这类高渗透率系统的持续平稳供电需要，储能设备是必须要配备的。目前技术条件下，大容量储能依然以铅酸蓄电池为主。然而铅酸蓄电池在使用过程中，如果控制策略不得当，将直接导致蓄电池的使用寿命明显缩短，大幅减少应有储能能力。而风、光等能源间歇、分布、随机的发电特点，却要求储能装置必须经常处于在随机交替充放电的工作状态，这种工作状态将严重影响蓄电池的储能能力和使用寿命。目前针对以上问题，在独立微电网储能系统的设计中，一般采用以下两种具体解决方案：

第一种方案是使用新型蓄电池或储能装置。某些新型蓄电池可以避免深度放电或频繁充放对其使用寿命所产生的影响。但是其一般价格比较高，同时在使用过程中的其他附加条件要求可能较苛刻，或者有投资成本过高、技术不完善等缺点，单独使用难以满足储能需求。

第二种方案是多种储能设备混合使用，组成混合储能系统。这种方法可以有效规避单一储能工作方式的一些缺点，具有一定的良好效果。但是由于混合储能系统的结构较复杂，组合方式多样，不同组合方式之间的优劣差异目前尚无定论。且其需要针对不同实例专门进行针对性的设计，并且控制策略复杂，实现过程中长时间的稳定性难以保证。同时其扩展性不好，在需要进行容量扩展的情况下一般需要变更控制策略，维护较困难。

针对微电网中铅酸蓄电池为储能元件的储能系统，专利CN201210281726.8提出了一种针对独立式光伏发电系统蓄电池储能的分组控制方法，其核心策略是将蓄电池拆分为多个独立的蓄电池组，在不同的工作状态下使用不同的组以求避免蓄电池交替充放电的情况发生。但是此专利为了满足其保护蓄电池的目的，很大程度上牺牲了储能系统的整体性能。其控制策略只能实现某一时刻对单组蓄电池进行充放，其余蓄电池组则会处于空闲状态，因此为了满足功率需求较大的情况，就需要增加储能系统总体容量，使得建设成本增加，造成不必要的浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有服务于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统的不足提出了一种用于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统，本发明的目的还在于提出一种用于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

用于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统，包括彼此独立的蓄电池组、双向DC电力变换装置、蓄电池充放电控制器、蓄电池状态监测装置、储能系统集中控制装置以及连接线路，一个蓄电池组由大量的单体蓄电池串并联组成，通过线缆连接到双向DC电力变换装置的一侧，双向DC电力变换装置包括双向直流升降压电路及其驱动电路；双向DC变换装置的另一侧通过线缆连接到直流母线；双向DC电力变换装置通过连接到蓄电池组的电压传感器、电流传感器和温度传感器采集蓄电池组的电压、电流和温度信号并进行模数转换和计算蓄电池组的荷电状态数据；蓄电池充放电控制器接收蓄电池状态监测装置提供的荷电状态数据SOC和电压电流数据，输出PWM信号控制双向DC变换电路；储能系统集中控制装置通过双向通信线路连接每一个储能单元的蓄电池充放电控制器，接收荷电状态数据和动作反馈信号，并将充放电指令信号输出至每一个储能单元的蓄电池充放电控制器。

用于间歇式可再生能源发电系统的储能子系统控制方法：

（1）全部蓄电池组标记为充电或放电两个属性，两个属性为互补关系，定义充电组的充电优先级序列C()，放电组的放电优先级序列D1()和D2()，D1与D2串接，组成序列D()，定义第一放电深度S1，第二放电深度S2，并满足SOC_max>S1>S2>0；

（2）检测每一个蓄电池组的开路电压V_B和最大允许电流I_B，计算各组的荷电状态数据；

（3）判断需要对储能子系统执行充电或放电动作：检测此时刻系统中发电总功率和负荷用电总功率，当总发电功率大于总负荷功率时，进行充电动作；当总发电功率小于总负荷功率时，进行放电动作；如果需要进行充电动作则执行步骤（4），如果需要进行放电动作则执行步骤（5）；

（4）对蓄电池进行充电时：

（4.1）集中控制器通过传感器采集系统中全部发电设备的输出功率和全部负荷的功率需求，计算出需要对蓄电池进行充电的功率P(t)：